3. Основные свойства элементарных частиц. Классы взаимодействий.

Все элементарные частицы являются объектами исключительно малых масс размеров. Большинство из них имеют массу порядка величины массы протона, равной 1,610^-24г или 938,27 МэВ (для частиц с ненулевой массой заметно меньше лишь масса электрона: 0,511 МэВ). Размеры протона, нейтрона, -мезона и других адронов порядка 10^-13см.

Наиболее важное квантово-механическое свойство всех элементарных частиц- способность рождаться и уничтожаться (испускаться и поглощаться) при взаимодействии с другими частицами. В этом отношении они полностью аналогичны фотонам. Все процессы с элементарными частицами протекают через последовательность актов их поглощения и испускания.

Различные процессы с элементарными частицами при наблюдаемых энергиях заметно отличаются по интенсивности протекания. В соответствии с этим взаимодействия элементарных частиц феноменологически делят на несколько классов: сильное, электромагнитное и слабое. Кроме того, все элементарные частицы обладают гравитационным взаимодействием.

1. Сильное взаимодействие.

Сильное или адронное взаимодействие вызывает процессы, протекающие с наибольшей по сравнению с другими процессами интенсивностью, и приводит к самой сильной связи элементарных частиц. Именно оно обуславливает связь протонов и нейтронов в ядрах атомов. Адронное взаимодействие характеризуется малым радиусом действия. Уже первые опыты Резерфорда показали, что ядерные силы должны иметь радиус действия порядка нескольких ферми. Сегодня радиус действия ядерных сил предполагается равным 1 фм.

2. Электромагнитное взаимодействие.

В основе электромагнитного взаимодействия лежит связь субатомных частиц с электромагнитным полем. Обусловленные им процессы менее интенсивны, чем процессы сильного взаимодействия, а порождаемая им связь элементарных частиц заметно слабее. Электромагнитное взаимодействие, в частности, ответственно за связь атомных электронов с ядрами и связь атомов в молекулах. Электромагнитное взаимодействие (наряду с тяготением) играет основную роль в окружающем нас макроскопическом мире. Это связано с тем, что радиус действия сильных взаимодействий порядка 10^-13см, и на больших расстояниях сильное взаимодействие фактически исчезает. Электромагнитное же взаимодействие (и тяготение) характеризуются бесконечным радиусом действия.

3. Слабое взаимодействие.

Слабое взаимодействие, как показывает само название его, вызывает очень медленно протекающие процессы с элементарными частицами. Хорошей иллюстрацией этого может служить исключительно малая величина взаимодействия нейтрино низких энергий с веществом. Со слабым взаимодействием связана также относительная медленность распада квазистабильных частиц. Время жизни большинства этих частиц лежит в диапазоне 10^-8-10^-13с, тогда как время жизни сильно взаимодействующих частиц составляет 10^-23-10^-24с. Интенсивность слабого взаимодействия растёт с энергией (в системе центра масс). При больших энергиях слабое взаимодействие сравнивается с электромагнитным.